三维GIS助力地下管线管理

1、三维GIS助力地下管线管理地下管线管理发展迟滞我国城市地下管线信息化建设发展的比较晚，落后的管理手段使得对城市地下管线的管理粗放而无力。我国地下管线信息化发展历程大致可以分为三个发展阶段：图纸档案阶段、二维信息化阶段、三维信息化阶段第一阶段：图纸档案阶段上世纪90年代中期以前，很多城市内部各类专业管线的资料还都是老的建设图纸，先进点儿的会有CAD电子图纸和纸质材料，这些材料都在大大的资料室中厚重的堆积着，保管起来繁琐，附近历史资料查找起来不便，管理员一旦换岗交接很可能就会造成资料再也找不到的现象。部分单位尝试采用计算机机助成图方法来管理地下管线资料，仍不能摆脱传统档案资料管理模式。第二阶段：二

2、维信息化阶段上世纪90年代后期至2005年，城市地下管线种类增加，规模扩大，承担的功能越来越复杂，在城市规划、建设与管理方面的作用日益明显。地下管线资料的不全、不准、不现势和不一致问题日渐突出。传统的管线信息的载录、传导方式、应用及分析技术，已经满足不了城市地下管线的管理和规划的科学化、现代化的需要。城市地下管线信息化的目标由最初的编绘综合地下管线图逐步过渡到建立城市综合地下管线数据库。城市地下管线普查工作也逐步走向规范化、标准化和现代化。各种形式和各种规模的二维地下管线信息系统相继启动。管线信息系统的发展和应用，极大地改善了人们管理大规模地下空间数据的能力，成为城市管线管理、规划管理和辅助决

3、策的重要工具。第二阶段：三维信息化阶段2005年至今，随着管线管理应用的不断深入，城市地下管线隐蔽 ( 埋设在地下 ) 、复杂 ( 种类多，纵横交错，密如蛛网 ) 、动态 ( 城市建设不断扩大，新管线不断增加，旧管线也不断在更换或废弃 ) 、信息量大的特点使简单的二维管线管理系统无法真实的反应地下管线的空间特征信息，地下管线管理急需向三维管线管理进行升级，在此过程中，受制于三维GIS显示技术和维护成本等因素，限制了地下管线管理信息化的发展，主要体现在以下几个方面：海量三维地下管线数据的加载和显示效率低下；人工三维建模时间长，人力和物力成本过高；三维模型数据的维护和更新过程复杂、系统维护代价大。

4、三维GIS快速崛起近年来，随着基础地理数据丰富、三维技术发展成熟以及硬件支持能力提升，三维GIS以令人惊讶的速度发展起来并得到了各行业用户的认同。在城市规划、综合应急、军事仿真、虚拟旅游、智能交通、海洋资源管理、石油设施管理、无线通信基站选址、环保监测、地下管线等领域备受青睐。在国外三维GIS产品抢占市场眼球的同时，国内也涌现了一批优秀的三维GIS平台，如我公司自主研发的EV-Globe、适普软件有限公司的IMAGIS，灵图软件技术有限公司的VRMap等。在国外三维GIS厂商占有市场先机的情形下，国内三维GIS厂商异军突起，并拥有了令人惊喜的表现。北京国遥新天地信息技术有限公司的EV-Glob

5、e 软件是国内著名也是最成熟的三维地理信息系统软件，被广泛应用在与地理位置相关的各个领域。利用EV-Globe软件，可以将城市管线的海量信息合理的组织起来，把现实世界中的对象的空间位置和相关属性有机的结合起来，避免了在施工规划及建设过程中人工查阅大量信息，并且工作人员获得到的信息也更加可靠和准确。借助三维GIS平台特有的空间分析功能和可视化表达、进行各种辅助决策分析，满足生产、科研、管理、决策等对空间信息的可视化需求，使规划设计人员摆脱用彩笔与大图纸进行手工计算的规划工作现状，大大缩短规划工作周期，进一步提高规划方案的准确性、科学性。地下管线引入三维GIS基于城市地下管线管理现状的概况和地下管

6、线的特点，借助三维GIS的技术优势，综合管线信息系统基于三维GIS平台，以城市地形图为基础，城市地下管线的空间数据和属性数据为核心，结合计算机技术、地理信息技术、数据库和图象处理等技术，能快速提供真实准确的地下管线信息，实现快速查询、专业分析，为城市地下管线的日常管理、设计施工、分析统计、发展预测、规划决策提供可靠依据。为城市地下管线的规划设计提供全面、准确的基础资料。三维综合管线信息系统通过处理统一标准的的探测成果数据，建立高精度、可靠性的地下管线数据库，基于组件化参数自动生成海量管线三维模型，实现数据的动态更新。提供查询、统计以及各种数据格式输出功能，实现任意断面分析、网络分析，管线工程辅

7、助设计等具有空间决策支持和专家系统雏形的分析与设计功能。搭建公共数据交换服务平台，在城市地下管线管理单位、各专业管线权属单位、以及其他地下管线资料使用单位之间实现数据共享，提供多层次、多元化的综合管线基础资料信息服务，推动综合地下管线现代化管理与应用。EV-Globe三维平台解决了长期限制三维地下管线管理发展的技术性难题，形成了成熟的城市地下管网专业三维平台。平台主要包括海量管线数据三维可视化、三维参数化组件自动建模、三维模型数据自动更新和四维管网全生命周期管理四个专业引擎，共同构建真实的三维场景。海量管线数据三维可视化地下空间广阔，地下三维场景中存在复杂而密集的地下管线实体模型，中心城区地下

8、管线三维模型就存在几千万个三角面需要渲染；另外，地下管线的浏览也存在着基准面不确定和相机控制等一系列难题。为此，平台研发了针对地下管线的三维可视化引擎，解决上述问题。在解决地下管线模型数据量大、运行效率低下方面，平台借鉴了当前最高效的地形动态渲染技术和金字塔模型，将地下管线数据按照四叉树结构分级、分块，动态管理。同时，应用高级几何实例（GeometryInstance）渲染方法，充分开发GPU的硬件加速能力，最大限度的利用显卡达到高效渲染的目的。海量管线数据三维可视化引擎适应了广域、高密度的地下管线现状，能够高效运行。依据现在的设计思路，引擎可以加载全球范围内高密度管线三维模型运行，每秒50帧

9、以上。三维参数化组件自动建模针对手工建模时间过长、成本过高等问题，平台提供三维参数化组件建模引擎，依据组件的具体参数进行精确计算，在显示海量三维管线数据的同时，注重细节与视觉美观的展现，使显示效果逼真。包括自动生成多种角度的三通，四通，多通等弯头。 自动关联显示管线附属物模型（包括多种井类附属物，路灯，消防栓，变压器，阀门等等），通过自动吸附算法，将井盖，路灯的附属物模型自动与地面高度一致，还可以应用井盖透明的效果查看当前井中管线的情况。提供标准色显示和纹理显示两种显示模式，提升管线的三维显示效果。三维模型数据自动更新随着城市的发展，管线数据更新频繁，数据维护过程复杂繁琐。平台从管线工程数据入

10、库更新到组件模型数据生成，再到客户端自动下载更新、建模和组件组装设计了整套的动态管理机制，无需人工参与即可实现三维场景与数据库的同步。四维管网全生命周期管理在以往地理信息系统中，我们都使用传统的空间位置模型来记录空间实体对象。三维GIS在地下管线管理中的应用，推进了四维管网全生命周期管理。对于地下管网数据而言，数据处在高频更新状态，管网在不断埋设、改线、废弃。如果使用传统的数据模型来记录地下管线，只能够展现最后更新的管网状态，变化过程无法记录，更不能看到管线修改前的状态或者区域管网的历史场景进行追踪还原。为了能够解决上述问题，对地下管网进行深入而全面的管理，平台设计了时空一体的四维度管网数据模

11、型，如下图所示：真实的三维场景建立一个完整的应用系统，除了相关专业数据的展示和加载，还要对整个三维场景进行管理。加载高清影像，DEM数据，同时加载高精度仿真三维模型和模拟真实的场景效果。三维地下管线典型应用近几年来，国内许多地区开始不满足于地下管线的二维或者局部三维的展示和应用，实现了大场景三维地下管线管理，以其直观、高效和功能强大等特点，显著提升了城市地下管线的管理水平。我公司自主研发的三维地下管网专业平台在天津、甘肃、山东等地进行了良好应用。天津地下空间信息综合管理系统在天津实施的地下空间信息综合管理系统项目要求对天津市城区内所有地下管线进行三维统一管理，特点是数据量非常庞大、数据更新特别

12、频繁。针对该项目特点，公司进行了三维底层的研发支持，构建了地下空间行业三维引擎，搭建了天津地下空间信息综合管理系统。系统实现了对地下管线、地下室、地铁和地质等海量地下空间数据的动态管理，基于工程数据的管线和地下建构筑物三维自动建模、实时数据更新，海量地下空间数据的高效渲染(天津近三万公里地下管线)，功能强大的专业查询、统计、空间分析和辅助规划，开拓性的四维空间管理，为政府宏观决策提供准确详实的数据，为地下空间规划管理和城市建设提供信息服务和决策支持。甘肃三维管网综合信息平台甘肃某地的三维管网综合信息平台支持对地下管线、地上输配线路，地下掩体和地上各类建筑等空间数据的三维场景展示和动态管理，地上

13、地下一体化应用。通过流程技术、无线传感技术、实时监控监测技术，实现全面管理、流程控制、上下联通、实时监控，切实保障数据的持续更新和有效利用，对管线、施工、企业安全生产实施全生命周期、全局全方位、立体式的管理和监控，帮助管线单位安全生产、增效节支，帮助相关部门协同高效地落实安全监管。山东地下管线综合管理信息系统在山东省临沂市应用的地下管线综合管理信息系统，以三维GIS技术为基础，结合物联网、云计算、移动互联技术，通过统一的管线探测工程，结合动态更新管理机制，建成管网信息采集、监控、数据应用服务为一体的综合管理系统，实现全市地下管网的数字化、精细化和智能化的管理，将地下管网信息由多家封闭管理的模式变为“集中”、“协同”、“智能”的创新管理局面。 系统实现了与数字化城市管理系统和施工现场远程监控和指挥系统、公用事业产品在线监测系统、市污水处理监测指挥系统、页岩砖厂烟尘废气监